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進(jìn)程間通信之信號(hào)

一：信號(hào)的基本介紹

信號(hào)是在軟件層次上對(duì)中斷機(jī)制的一種模擬，是一種異步通信方式(進(jìn)程在運(yùn)行過程中，隨時(shí)可能被各種信號(hào)打斷)。

信號(hào)可以直接進(jìn)行用戶空間進(jìn)程和內(nèi)核進(jìn)程之間的交互，內(nèi)核進(jìn)程也可以利用它來通知用戶空間進(jìn)程發(fā)生了那些系統(tǒng)事件。

如果該進(jìn)程當(dāng)前并未處于執(zhí)行態(tài)，則該信號(hào)就由內(nèi)核保存起來，直到該進(jìn)

程恢復(fù)執(zhí)行再傳遞個(gè)它;如果一個(gè)信號(hào)被進(jìn)程設(shè)置為阻塞，則該信號(hào)的傳遞被延遲，直到其阻塞取消時(shí)才被傳遞給進(jìn)程。

二：信號(hào)的產(chǎn)生

A.用戶在終端按下某些鍵時(shí)，終端驅(qū)動(dòng)程序會(huì)發(fā)送信號(hào)給前臺(tái)進(jìn)程，例如ctr+c產(chǎn)生SIGINT, ctr + \產(chǎn)生SIGQUI信號(hào)，ctr + z產(chǎn)生SIGTSTP。

B.硬件異常產(chǎn)生信號(hào)，這些條件由硬件檢測(cè)到并通知內(nèi)核，然后內(nèi)核向當(dāng)前進(jìn)程發(fā)送適當(dāng)?shù)男盘?hào)。例如當(dāng)前進(jìn)程執(zhí)行了除以0的指令，CPU的運(yùn)算單元會(huì)產(chǎn)生異常，內(nèi)核將這個(gè)異常解釋為SIGFPE信號(hào)發(fā)送給進(jìn)程。再比如當(dāng)前進(jìn)程訪問了非法內(nèi)存地址，MMU會(huì)產(chǎn)生異常，內(nèi)核將這個(gè)異常解釋為SIGSEGV信號(hào)發(fā)送給當(dāng)前進(jìn)程 。我們常見的段錯(cuò)誤。

C.一個(gè)進(jìn)程調(diào)用int kill(pid_t pid,int sig)函數(shù)可以給另一個(gè)進(jìn)程發(fā)送信號(hào)。

D.可以用kill命令給某個(gè)進(jìn)程發(fā)送信號(hào)，如果不明確指定信號(hào)則發(fā)送SIGTERM信號(hào)，該信號(hào)的默認(rèn)處理動(dòng)作是終止進(jìn)程。

E.當(dāng)內(nèi)核檢測(cè)到某種軟件條件發(fā)生時(shí)也可以通過信號(hào)通知進(jìn)程，例如鬧鐘超時(shí)產(chǎn)生

SIGALRM信號(hào)，向讀端已關(guān)閉的管道寫數(shù)據(jù)時(shí)產(chǎn)生SIGPIPE信號(hào)。

三：linux操作系統(tǒng)支持的信號(hào)

A. kill -l命令查看當(dāng)前系統(tǒng)支持的所有的信號(hào)

B:常用信號(hào)的含義

信號(hào)名	含義	默認(rèn)操作
SIGHUP	該信號(hào)在用戶終端連接(正常或非正常)結(jié)束時(shí)發(fā)出，通常是在終端的控制進(jìn)程結(jié)束時(shí)，通知同一會(huì)話內(nèi)的各個(gè)作業(yè)與控制終端不再關(guān)聯(lián)。	終止
SIGINT	該信號(hào)在用戶鍵入INTR字符(通常是Ctrl-C)時(shí)發(fā)出，終端驅(qū)動(dòng)程序發(fā)送此信號(hào)并送到前臺(tái)進(jìn)程中的每一個(gè)進(jìn)程。	終止
SIGQUIT	該信號(hào)和SIGINT類似，但由QUIT字符(通常是Ctrl-\)來控制。	終止
SIGILL	該信號(hào)在一個(gè)進(jìn)程企圖執(zhí)行一條非法指令時(shí)(可執(zhí)行文件本身出現(xiàn)錯(cuò)誤，或者試圖執(zhí)行數(shù)據(jù)段、堆棧溢出時(shí))發(fā) 出。	終止
SIGFPE	該信號(hào)在發(fā)生致命的算術(shù)運(yùn)算錯(cuò)誤時(shí)發(fā)出。這里不僅包括浮點(diǎn)運(yùn)算錯(cuò)誤，還包括溢出及除數(shù)為0等其它所有的算術(shù)的錯(cuò)誤。	終止

信號(hào)名	含義	默認(rèn)操作
SIGKILL	該信號(hào)用來立即結(jié)束程序的運(yùn)行，并且不能被阻塞、處理和忽略。	終止
SIGALRM	該信號(hào)當(dāng)一個(gè)定時(shí)器到時(shí)的時(shí)候發(fā)出。	終止
SIGSTOP	該信號(hào)用于暫停一個(gè)進(jìn)程，且不能被阻塞、處理或忽略。	暫停進(jìn)程
SIGTSTP	該信號(hào)用于暫停交互進(jìn)程，用戶可鍵入SUSP字符(通常是Ctrl-Z)發(fā)出這個(gè)信號(hào)。	暫停進(jìn)程
SIGCHLD	子進(jìn)程改變狀態(tài)時(shí)，父進(jìn)程會(huì)收到這個(gè)信號(hào)	忽略
SIGABORT	該信號(hào)用于結(jié)束進(jìn)程	終止

四：linux中進(jìn)程對(duì)信號(hào)處理

忽略信號(hào),即對(duì)信號(hào)不做任何處理，但是有兩個(gè)信號(hào)不能忽略：即SIGKILL及

SIGSTOP。

捕捉信號(hào)，定義并注冊(cè)信號(hào)處理函數(shù)，當(dāng)信號(hào)發(fā)生時(shí)，執(zhí)行相應(yīng)的處理函數(shù)。

【重點(diǎn)】。

執(zhí)行缺省操作，Linux對(duì)每種信號(hào)都規(guī)定了默認(rèn)操作

五：相關(guān)API

1：信號(hào)的發(fā)送(kill和raise)
#include <sys/types.h>
#include <signal.h>

函數(shù)原型：int kill(pid_t pid, int sig); 函數(shù)功能:給進(jìn)程 id 為 pid 的進(jìn)程發(fā)送信號(hào)

函數(shù)參數(shù):@param pid : 發(fā)送信號(hào)的目標(biāo)進(jìn)程的 id

@param sig : 發(fā)送的信號(hào)編號(hào)，例如：9(SIGKILL) 返回值:成功調(diào)用返回 0 ,失敗返回 -1 ，并設(shè)置 errno
#include <signal.h>

函數(shù)原型：int raise(int sig); 函數(shù)功能:給當(dāng)前進(jìn)程自己發(fā)送信號(hào)

函數(shù)參數(shù):@param sig : 發(fā)送的信號(hào)編號(hào)

返回值:成功調(diào)用返回 0 ,失敗返回 -1 ，并設(shè)置 errno

.*練習(xí)

我們通過終端kill -9 某個(gè)進(jìn)程終止過一個(gè)進(jìn)程，現(xiàn)在我們使用kill函數(shù)來終止一下。過程：

父進(jìn)程創(chuàng)建一個(gè)子進(jìn)程，父進(jìn)程拿到子進(jìn)程的進(jìn)程ID;子進(jìn)程中while循環(huán)打印hello，sleep(1);

父進(jìn)程sleep(5)之后，給子進(jìn)程發(fā)送9這個(gè)信號(hào)來終止子進(jìn)程。

2：信號(hào)的捕捉(signal)

知識(shí)點(diǎn)回顧

void func(int);//函數(shù)的聲明

void (*func)(int);//定義函數(shù)指針，指向void (int)類型的函數(shù)typedef int a;//給int類型的a起別名

typedef void (*funcp)(int);//給類型為void (*)(int);的函數(shù)指針起別名funcp 捕捉信號(hào)的處理過程：

#include <signal.h>

typedef void (*sighandler_t)(int);//指向函數(shù)的指針,表示信號(hào)處理函數(shù)的形式sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);

函數(shù)功能 : 將信號(hào)與信號(hào)處理函數(shù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)函數(shù)參數(shù)：@param signum : 信號(hào)的編號(hào)

@param handler : 信號(hào)處理函數(shù)的指針SIG_DFL : 表示默認(rèn)操作

SIG_IGN : 表示忽略信號(hào)(SIGKILL和SIGSTOP時(shí)不能被忽略的) 返回值：成功調(diào)用返回信號(hào)處理函數(shù)的指針,否則,返回SIG_ERR

注意：sighandler_t handler中的int保存的是調(diào)用這個(gè)函數(shù)是因?yàn)槟膫�(gè)信號(hào)觸發(fā)的，帶過來對(duì)應(yīng)的信號(hào)值。

.* 練習(xí)

(1)忽略ctrl+c對(duì)進(jìn)程的終止信號(hào)。signal(SIGINT, SIG_IGN);

(2)在信號(hào)處理函數(shù)中將對(duì)應(yīng)的信號(hào)的描述信息進(jìn)行打印。

.* 練習(xí)：

fork前采用signal信號(hào)處理函數(shù)不阻塞，不輪詢的方式回收僵尸態(tài)子進(jìn)程[waitpid()函數(shù)]。 在信號(hào)處理函數(shù)signal_handler()中對(duì)信號(hào)進(jìn)行收尸操作。然后利用fork函數(shù)創(chuàng)建一個(gè)子進(jìn)程。休眠10s后退出。父進(jìn)程是一個(gè)死循環(huán)，每秒輸出"father do something…"的字符串。

提示：

子進(jìn)程在終止時(shí)會(huì)給父進(jìn)程發(fā)SIGCHLD，該信號(hào)的默認(rèn)處理動(dòng)作是忽略，父進(jìn)程可以自定義SIGCHLD信號(hào)的處理函數(shù)。我們這里調(diào)用waitpid非阻塞的回收僵尸態(tài)子進(jìn)程。這樣父進(jìn)程只需要專心處理自己的工作，不必關(guān)心子進(jìn)程了，子進(jìn)程終止時(shí)會(huì)通知父進(jìn)程，父進(jìn)程在信號(hào)處理函數(shù)中調(diào)用waitpid函數(shù)清理子進(jìn)程即可。

一般信號(hào)對(duì)僵尸態(tài)子進(jìn)程的處理方法：

<1>父進(jìn)程采用signal(SIGCHLD, hand_signal),采用信號(hào)處理函數(shù)，對(duì)接收到的SIGCHLD進(jìn)行進(jìn)行處理。在接收到SIGCHLD信號(hào)的時(shí)候，采用waitpid利用非阻塞的方式的釋放它們的資源。若是使用wait()函數(shù)的話，父進(jìn)程會(huì)阻塞。 [推薦使用]

<2>父進(jìn)程采用signal(SIGCHLD, SIG_IGN)，忽略SIGCHLD信號(hào)，這樣子進(jìn)程結(jié)束后，就不需要父進(jìn)程來wait和釋放資源。它會(huì)自動(dòng)被過繼給老祖宗init進(jìn)程，int進(jìn)程會(huì)負(fù)責(zé)釋放他的資源，這樣就不會(huì)產(chǎn)生僵尸態(tài)子進(jìn)程。

3：定時(shí)鬧鐘函數(shù)(alarm)

unsigned int alarm(unsigned int seconds);

函數(shù)功能:給進(jìn)程啟動(dòng)一個(gè)定時(shí)器，經(jīng)過seconds秒后把SIGALRM信號(hào)發(fā)送給當(dāng)前進(jìn)程。函數(shù)參數(shù):@seconds 秒

返回值:成功返回0,失敗返回 -1

注意：一個(gè)進(jìn)程只能有一個(gè)鬧鐘事件，若是多次使用alarm函數(shù)，則鬧鐘時(shí)間被刷新。

.*練習(xí)

(1)main函數(shù)中設(shè)置2s定時(shí)器，然后注冊(cè)SIGALRM信號(hào)的處理函數(shù)，處理函數(shù)中打印當(dāng)前時(shí)間到屏幕上

(2)我們現(xiàn)實(shí)中經(jīng)常有這樣的需求，需要每隔2s執(zhí)行某個(gè)函數(shù)，這樣怎么處理呢? 答案：在定時(shí)器處理函數(shù)里邊，再次刷新鬧鐘alarm(2);
#include <stdio.h>
#include <time.h>
#include <signal.h>
 
void handler(int sig)
{
time_t tim = time(NULL);
struct tm *ptm = localtime(&tim);
printf("d-02d-02d 02d:02d:02d\n", ptm->tm_year+1900,
ptm->tm_mon+1, ptm->tm_mday, ptm->tm_hour, ptm->tm_min, ptm->tm_sec);
alarm(1); 
return;
}
int main(int argc, const char *argv[])
{
signal(SIGALRM, handler); alarm(1);
int n = 0; while(1)
{
printf("n = d\n", ++n); usleep(200);
}
return 0;
}

4：信號(hào)的等待(pause)

int pause(void);

特點(diǎn):掛起一個(gè)進(jìn)程，直到進(jìn)程收到一個(gè)信號(hào)，進(jìn)程會(huì)繼續(xù)執(zhí)行

上邊的練習(xí)，在while循環(huán)中pause()一下。現(xiàn)象：不加pause()之前printf("n = d\n",

++n);會(huì)200ms打印一次，然后1秒打印一次時(shí)間，加上pause()之后，現(xiàn)象則是1s打印一次printf("n = d\n", ++n)，時(shí)間也是1s一次。因?yàn)閜ause()會(huì)將進(jìn)程掛起，接收到信號(hào)之后會(huì)繼續(xù)，進(jìn)程1s接收一次ALARM信號(hào)，則進(jìn)程會(huì)1s會(huì)被喚醒一次。

time_t tim = time(NULL);
struct tm *ptm = localtime(&tim);
printf("d-02d-02d 02d:02d:02d\n",          ptm->tm_year+1900, ptm->tm_mon+1, ptm->tm_mday, ptm->tm_hour,
ptm->tm_min, ptm->tm_sec); alarm(1);
 
return;
}
int main(int argc, const char *argv[])
{
signal(SIGALRM, handler); alarm(1);
int n = 0; while(1)
{
pause();
printf("n = d\n", ++n); usleep(200);
}
return 0;
}